詳解毫米波雷達在智能交通領域的應用

本文來源 : 賽文交通網(wǎng) 作者 : 南京奧杰

逐漸復雜的道路交通環(huán)境促使我國對于智能交通管理系統(tǒng)的要求向智能化、全面化、準確化、實時化發(fā)展，而達到這個要求必須要依賴可靠的實時的和準確的檢測數(shù)據(jù)，包括大數(shù)據(jù)、地磁、視頻和雷達等檢測手段提供了多模式的數(shù)據(jù)，而毫米波雷達具有的技術優(yōu)勢可在智能交通領域有著極其重要的應用。

比如可用于車輛檢測、交通量調(diào)查、交通事件檢測、交通誘導、超速監(jiān)測、電子卡口、電子警察和紅綠燈控制等。

一、毫米波雷達的優(yōu)勢

毫米波雷達，是工作在毫米波波段（millimeter wave ）探測的雷達。通常毫米波是指30～300GHz頻域（波長為1～10mm）的。毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導和光電制導兼?zhèn)涞膬?yōu)點。

由于毫米波雷達相比厘米波雷達具有體積小、易集成和空間分辨率高的特點。早期被應用于軍事領域，隨著雷達技術的發(fā)展與進步，毫米波雷達傳感器開始應用于汽車電子、無人機、智能交通等多個領域。毫米波雷達具有以下幾個方面的優(yōu)勢：

（1）精度高抗干擾

同微波導引頭相比，毫米波導引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點。在天線口徑相同的情況下，毫米波雷達有更窄的波束（一般為毫弧度量級），可提高雷達的角分辨能力和測角精度，并且有利于抗電子干擾、雜波干擾和多徑反射干擾等。

（2）全天候全天時

與紅外、視頻、激光等光學導引頭相比，毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候全天時的特點。

（3）高分辨多目標

由于工作頻率高，可能得到大的信號帶寬（如吉赫量級）和多普勒頻移，有利于提高距離和速度的測量精度和分辨能力并能分析目標細節(jié)特征。同時毫米波雷達能分辨識別很小的目標，并且能同時識別多個目標，因此具有很強的空間分辨和成像能力。

（4）敏感高誤報低

系統(tǒng)敏感性高，錯誤誤報率低，不易受外界電磁噪聲的干擾。

（5）高頻率低功率

具有更高的發(fā)射頻率，更低的發(fā)射功率。

（6）可測速可測距

采用FMCW調(diào)頻連續(xù)波，能同時測出多個目標的距離和速度，并可對目標連續(xù)跟蹤，甚至到靜止目標也可保持跟蹤不丟失。

（7）距離遠實時性高

測量距離遠，達到雙向12車道200米遠，同時38Hz 26ms的檢測頻率具有極強的實時性。

二、4D毫米波可視雷達

4D毫米波可視雷達是專門為智能交通系統(tǒng)設計的多車道多目標跟蹤4D視頻雷達，它采用世界首創(chuàng)的智能三維立體空間毫米波檢測技術，可提供精確的X、Y、Z三維坐標和一維速度的4D多目標實時跟蹤軌跡信息，確保精確檢測和統(tǒng)計每一輛行駛車輛的各種信息。

該雷達擁有完全自主知識產(chǎn)權的新型毫米波車輛檢測器，利用調(diào)頻連續(xù)波和多普勒技術原理，對路面發(fā)射毫米波，通過對回波信號進行高速實時的數(shù)字化處理分析，檢測單車速度、平均速度、車流量、車道占有率、車型、排隊長度和事件分析等交通流基本信息的非接觸式交通檢測器。

4D毫米波可視雷達系列集成高清視頻攝像機，可同時監(jiān)控4-12個車道并提供128 個目標的高分辨率四維雷達軌跡信息并同步疊加顯示在視頻上。4D毫米波可視雷達的四維識別技術使得它能夠精確測速并跟蹤目標軌跡，即使在大流量或者擁堵緩行的路段，也能提供非常準確的數(shù)據(jù)。

三、毫米波雷達的應用

4D毫米波可視雷達主要應用于高速公路、城市道路、普通公路交通流量等交通參數(shù)采集和監(jiān)測，為交通管理提供準確、可靠、實時的交通信息，為實現(xiàn)交通智能化提供技術支持。主要可應用在智能交通領域的執(zhí)法、管理、安全以及綜合等幾個方面上。

執(zhí)法方面

（1）測速雷達

一款專門為測速設計的多車道多目標跟蹤雷達，可以正裝或者斜裝，提供精確的車輛速度及定位信息，確保捕獲檢測路段的每一輛超速汽車。一臺雷達加上一臺高清攝像機，即可實現(xiàn)多車道多目標測速，同時實現(xiàn)每輛汽車的車牌識別和區(qū)分測速并直接疊加在車輛上，準確可靠，捕獲率高，降低成本，安裝簡便。避免了單車道測速雷達的干擾和一張圖片上有多輛車汽車不能使用的問題。

（毫米波測速雷達應用照片）

（2）電子卡口雷達

一款專門為電子卡口設計的多車道多目標跟蹤雷達，可自動檢測跟蹤區(qū)域內(nèi)的車輛，當車輛滿足設定的觸發(fā)條件時，輸出信號觸發(fā)高清攝像機抓拍取證，構成卡口系統(tǒng)前端采集單元。

具有多目標識別跟蹤能力，在卡口系統(tǒng)中按車道提供指定位置的觸發(fā)信號和精確的車輛速度，還可以按周期提供車流量、平均速度、占有率等交通信息，雷達對采集完成的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計后，直接輸出給用戶，不需要另外配電腦進行計算與統(tǒng)計。安裝調(diào)試簡單方便，觸發(fā)位置由參數(shù)設定，無需反復調(diào)節(jié)安裝角度來尋找觸發(fā)位置。

（毫米波電子卡口雷達應用照片）

（3）電子警察雷達

一款專門為電子警察設計的多車道多目標跟蹤雷達，可提供精確的車輛信息及視頻監(jiān)控，確保捕獲檢測路段的每一輛違章車輛，它無需破壞道路，不受光線和天氣變化影響，可取代線圈、地磁和視頻檢測，同時檢測4-12個車道128個車輛目標的超速、逆行、變道、違停、事故等情況。

（毫米波電子警察雷達應用照片）

管理方面

（1）流量檢測雷達

一款專門為電子警察設計的多車道多目標跟蹤雷達，可提供精確的180米范圍內(nèi)車流量、平均速度、車道占有率等統(tǒng)計信息，流量精度≥99%，車道占有率精度≥99%，平均速度精度≥99%，提供實時路況照片或視頻，用以掌握和驗證現(xiàn)場情況，提供30ms檢測更新和RJ45、485兩種信號輸出。

（2）智能路口雷達

一臺智能路口雷達可同時檢測多個車道的排隊起始位置、排隊長度、排隊車輛數(shù)、實時平均車速等排隊信息，以及四個以上斷面每輛車的車速、車型、車道號、占有時間等過車信息?？蓛?yōu)化十字路口紅綠燈的配時方案。無線組網(wǎng)，安裝簡便。

（3）路內(nèi)停車管理系統(tǒng)

一臺毫米波雷達雷達加上一臺高清球形攝像機，即可實現(xiàn)多車道多目標車輛跟蹤，一旦檢測到車輛停到或車位上，即可將坐標發(fā)給球機，由球機完成車牌識別，然后完成計費處理流程，準確可靠，降低成本，安裝簡便。

（4）收費站排隊長度檢測系統(tǒng)

隨著機動車數(shù)量的快速增多，收費站面臨不同程度的擁堵，特別是重大節(jié)假日、旅游季節(jié)，高速公路收費站擁堵情況更為突出，嚴重影響了公眾的順暢出行，也給收費管理造成了影響。為了應對收費站交通擁堵狀況，亟需通過智能化的科技手段提高管理和服務水平，建立一套自動檢測機制以判斷收費站的擁堵狀態(tài)，一方面為管理部門提供直觀便捷的收費站交通狀態(tài)信息服務，為路網(wǎng)輔助管理做出合理決策，另一方面為廣大出行群眾提供比較準確的信息，利用高速公路路網(wǎng)管理、交通誘導發(fā)布、綜合信息發(fā)布及信息查詢等提供行駛決策依據(jù)和幫助。采用毫米波多目標跟蹤三維空間檢測技術實現(xiàn)的排隊預警系統(tǒng)檢測精確、安裝方便，同時不受天氣、光線、環(huán)境氣候變化的影響。

安全方面

（1）事件檢測雷達

使用事件檢測雷達作為交通事件檢測系統(tǒng)，采用多目標三維掃描技術和先進的車輛跟蹤算法，同時雷達自帶高清像機，全天候?qū)δ繕朔秶鷥?nèi)的車輛進行精準檢測、實時跟蹤和視頻監(jiān)控，對多種交通異常事件進行檢測和即時報警，并自動觸發(fā)攝像機調(diào)整位置進行現(xiàn)場監(jiān)控、抓拍交通事件現(xiàn)場圖片和錄像，檢測多車道多個車輛的超速、逆行、變道、違停、擁堵等情況，提供實時路況照片或視頻，用以掌握和驗證現(xiàn)場情況。

毫米波雷達交通事件檢測系統(tǒng)，結合了雷達精準事件檢測和視頻可視化特點，適用于高速公路、城市道路、隧道、事故多發(fā)地段等其他多種應用場合，是交通管理者進行道路交通事件檢測和交通流量檢測的最佳選擇。

（2）測速提示系統(tǒng)

汽車的速度越快，越容易引發(fā)交通事故。一臺毫米波雷達加上LED屏構成測速提示系統(tǒng)可以同時檢測多個車道多個車輛的行車速度，并實時顯示每個車輛的速度，提醒司機不要超速，并將車速降到安全的范圍內(nèi)，從而提高行車的安全性。也可以實現(xiàn)可變限速的檢測和提示。

（3）盲區(qū)危險預警系統(tǒng)

交通視覺盲區(qū)給道路交通帶來巨大的安全隱患，造成很多交通事故。采用毫米波三維空間檢測技術，可以實時對盲區(qū)行駛車輛的速度和距離進行檢測，一臺雷達即可覆蓋多個車道180米范圍內(nèi)的盲區(qū)空間，路側安裝，無需破壞路面、中斷交通。同時采用戶外LED顯示技術，主動對危險進行警示；全天候自動檢測和主動發(fā)布警示信息，不受天氣、光線、氣候變化的影響；以提高安全通行，減少交通事故，保護國家和人民的生命財產(chǎn)安全。

四、毫米波雷達檢測站

傳統(tǒng)的微波車輛檢測器可以提供車流量和平均速度數(shù)據(jù)，毫米波車輛檢測站在此基礎上還提供了更多綜合檢測功能，包括超速檢測、事件檢測等，一臺設備具備了執(zhí)法、管理和安全防范的綜合功能。

· 執(zhí)法方面：可以實現(xiàn)超速、違法變道、違法停車、逆行、占用應急車道檢測；

· 管理方面：可以實現(xiàn)流量、速度、車道占有率、擁堵檢測、排隊長度檢測；

· 安全方面：可以實現(xiàn)安全隱患檢測、安全事故檢測、安全事件預警和防范。

（毫米波雷達檢測站應用照片）

大范圍空間檢測：

· 同時檢測4-12車道200米范圍

· 同時檢測多達128個目標

· 同時檢測來車/去車/雙向

多種實時數(shù)據(jù)：

· 同時檢測多車道的車流量、平均速度、車道占有率、車型統(tǒng)計、排隊長度信息

· 同時檢測多車道多車輛的超速、逆行、變道、違停、占用應急車道、擁堵情況

易安裝易使用：

· 功耗低，可以支持太陽能供電，安裝調(diào)試快速方便

· 提供實時路況照片或視頻，用以掌握和驗證現(xiàn)場情況

· 真正三維技術，全自動檢測，不需測量高度、寬度和角度等數(shù)據(jù)

五、毫米波智能路口雷達

十字路口是城市道路的重要節(jié)點，信號燈控制是交通流的重要調(diào)控手段，實現(xiàn)信號燈的感應控制和自適應控制對于提高通行效率和減少擁堵具有極其重要的意義。而這都基于實時、可靠和可信的數(shù)據(jù)檢測和采集。

毫米波智能路口雷達以其特有的優(yōu)勢可以在這方面發(fā)揮重要的作用，是繼線圈、地磁、視頻之后的新一代檢測設備。

十字路口場景特點

（1）Go-Stop-Go

十字路口車輛行駛的特點是Go-Stop-Go，當車輛停止時會出現(xiàn)信號丟失從而目標丟失的現(xiàn)象，毫米波雷達極其準確的測距能力可以跟蹤并保持靜止的排隊車輛目標不丟失。

（2）車輛密聚

當遇到紅燈時車輛在排隊的的情況下每個車道內(nèi)一輛車緊接著一輛車，各個車道緊緊并成了一片，給目標的分析造成很大困難，毫米波雷達極其準確的空間分辨率可以有效地區(qū)分和定位每個車輛。

（3）干擾多

十字路口不光有車輛，還有大量的非機動車和行人，同時還有各種電磁干擾，給信號的處理造成很大的干擾，毫米波雷達極強的抗干擾能力可以有效地獲取真實準確的數(shù)據(jù)。

（4）復雜的路況

案例十字路口具有很寬的雙向12車道、彎道、橋梁、掉頭道、非機動車道和人行橫道，路況極其復雜，各種干擾源很多。

（毫米波智能路口雷達案例圖）

（5）高精度抗干擾

復雜路況對于任何檢測手段都是一個巨大的挑戰(zhàn)，首先要求檢測技術能夠具有很高的精度和抗干擾性能，以獲取準確的基礎數(shù)據(jù)。

（6）優(yōu)良的人工智能算法

其次還要求利用人工智能算法對數(shù)據(jù)進行復雜的處理，同時具有良好的自學習和自適應的功能，以獲取準確的結果數(shù)據(jù)。

安裝布局

智能路口雷達分別架設在十字路口四個方向的紅綠燈桿上，通過檢測四個方向雙向不同車道200米范圍的交通流信息，實現(xiàn)交通信息實時檢測、交通信號燈感應控制（紅綠燈智能轉換）及多個路口交通信號燈的自適應控制和交通誘導等功能。

每個方向均可檢測多車道的排隊起始位置、排隊長度、排隊車輛數(shù)、平均車速和是否溢出等信息，同時檢測多車道四個以上斷面每輛車的車速、車型、車道號、占有時間等過車信息，可優(yōu)化十字路口紅綠燈的配時方案，動態(tài)調(diào)整交通信號控制機的各車道紅綠燈設置時間，提高十字路口的通行效率，減少擁堵。

（毫米波智能路口雷達安裝布局示意圖）

基本功能

大范圍空間檢測：

· 同時檢測4-12車道200米范圍

· 同時檢測多達128個目標

· 同時檢測來車/去車/雙向

多種實時數(shù)據(jù)：

· 同時檢測多車道的排隊起始位置、排隊長度、排隊車輛數(shù)、實時平均車速等信息

· 同時檢測多車道四個以上斷面每輛車的車速、車型、車道號、占有時間等過車信息

· 提供多達四個以上的觸發(fā)檢測區(qū)域或四個以上排隊長度報警信號

· 提供26ms數(shù)據(jù)更新，以及開關量、485和RJ45多種數(shù)據(jù)輸出接口

易安裝易使用：

· 可以無線組網(wǎng)，安裝調(diào)試快速方便，不需穿線和破路

· 提供實時路況照片或視頻，用以掌握和驗證現(xiàn)場情況

· 真正三維技術，全自動檢測，不需測量高度、寬度和角度等數(shù)據(jù)

· 真正三維技術，全自動檢測，不需測量高度、寬度和角度等數(shù)據(jù)

（毫米波智能路口雷達安裝）

數(shù)據(jù)應用

毫米波智能路口雷達精確的檢測可以提供車道級和毫秒級的數(shù)據(jù)，這種檢測是微觀的，同時也是實時和準確的，可以用于信號燈控制機即時感應控制、自適應控制和綠波帶控制，也是未來實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)車路協(xié)同的基礎。